多维力传感器标定中加力装置精密校准系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器标定校准领域，具体是一种多维力传感器标定中加力装置精密 校准系统和方法。
【背景技术】
[0002] 多维力传感器标定过程中，要求标准传感器与待标定传感器中心轴线重合。现有 技术一般采用激光校准的方法实现标准传感器与待标定传感器的校准，如图6所示，由于 激光校准中，激光本身相对于激光发射器件中心轴线具有一定偏移角a，因此激光校准的方 法实际存在光靶测量误差，严重影响多维力传感器的标定精度。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种多维力传感器标定中加力装置精密校准系 统和方法，以解决现有技术多维力传感器激光校准时存在较大误差的问题。
[0004] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为： 多维力传感器标定中加力装置精密校准系统，其特征在于：包括有方形的基座，基座顶 部中心安装有支撑座，基座顶部沿四侧边沿方向分别设置有滑槽，基座顶部边沿的滑槽中 间位置还分别向支撑座垂直设置有滑槽，基座顶部每侧边沿的滑槽上分别滑动安装有标准 传感器基座，标准传感器基座中上下滑动安装有可转动的转轴，所述转轴中心轴线水平垂 直于所在的边沿滑槽，转轴朝向支撑座的轴端同轴连接有顶针，顶针朝向支撑座的端头依 次同轴安装有标准传感器、激光校准器，所述激光校准器后端与标准传感器配合，激光校准 器前端安装有与顶针同轴的激光发射器，所述支撑座上转动安装有待标定传感器座，待标 定传感器座中安装有中心轴线水平的支撑轴，支撑轴一端指向其中一个标准传感器基座， 且待标定传感器同轴安装在支撑轴指向标准传感器基座的一端，待标定传感器朝向标准传 感器基座的一面同轴连接有校准盘，校准盘朝向标准传感器基座的盘面上分别沿水平径向 设置有X向轴线、沿竖直径向设置有Y向轴线。
[0005] -种多维力传感器标定中加力装置精密校准方法，其特征在于：沿滑槽方向移动 标准传感器基座，并在标准传感器基座中上下滑动转轴，使顶针上的激光校准器前端的激 光发射器出射光发射至校准盘上，并在校准盘上形成光点；根据校准盘上光点相对于X向 轴线、Y向轴线交点的位置，首先通过在滑台上移动标准传感器基座调整光点X向距离，然 后上下滑动转轴调整光点Y向距离，使光点移动至校准盘上X向轴线与Y向轴线交点处，实 现标准传感器与待标定传感器的初步校准； 由于激光发射器的出射光本身相对于光轴具有一定偏差角a，即具有光靶测量误差，因 此光点最终移动的位置相对于X向轴线与Y向轴线交点之间存在实际误差，在校准时应考 虑实际误差值，实际误差值的计算公式如下：
公式（1)中，校准距离为激光发射器与校准盘上X向轴线与Y向轴线交点之间距离，使 用距离一般取1/20校准距离，光靶测量误差确定过程如下： 首先令激光发射器出射光入射至校准盘上X向轴线与Y向轴线交点处，360度转动转 轴，在校准盘上记录光点在校准盘上形成的圆形轨迹，在圆形轨迹上找到水平最左端和水 平最右端点，从而确定圆形轨迹的水平径向线，量取水平径向线与校准盘上X向轴线之间 的Υ向高度差h，得到Υ向误差值，再在圆形轨迹上找到竖向最高点和竖向最低点，从而确定 圆形轨迹的竖直径向线，量取竖直径向线与校准盘上Y向轴线之间的X向间距b，得到X向 误差值，根据X向误差值、Y向误差值最终得到实际误差值； 最后，根据公式（1)计算出实际误差进行误差补偿，从而实现最终校准。
[0006] 所述的多维力传感器标定中加力装置精密校准方法，其特征在于：初步校准时，也 可先调整光点Y向距离，再调整光点X向距离。
[0007] 本发明同样采用激光校准方法进行校准，但在校准过程中考虑激光本身的光靶测 量误差，并根据光靶测量误差计算得到实际误差值，从而在校准过程中进行误差补偿，提高 了后续标定工作的精度。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明系统不加载待标定传感器时整体结构示意图。
[0009] 图2为本发明系统加载待标定传感器时标准传感器基座与待标定传感器座工作 示意图。
[0010] 图3为本发明系统工作示意图。
[0011] 图4为本发明方法初步校准原理图。
[0012] 图5为本发明方法误差补偿原理图。
[0013] 图6为激光校准时光靶测量误差原理图。
【具体实施方式】
[0014] 如图1-图3所示，多维力传感器标定中加力装置精密校准系统，包括有方形的基 座12,基座12顶部中心安装有支撑座8,基座12顶部沿四侧边沿方向分别设置有滑槽1，基 座12顶部边沿的滑槽1中间位置还分别向支撑座8垂直设置有滑槽，基座12顶部每侧边 沿的滑槽1上分别滑动安装有标准传感器基座2,标准传感器基座2中上下滑动安装有可 转动的转轴3,转轴3中心轴线水平垂直于所在的边沿滑槽1，转轴3朝向支撑座的轴端同 轴连接有顶针4,顶针4朝向支撑座的端头依次同轴安装有标准传感器5、激光校准器6,激 光校准器6后端与标准传感器5配合，激光校准器6前端安装有与顶针4同轴的激光发射 器，支撑座8上转动安装有待标定传感器座9,待标定传感器座9中安装有中心轴线水平的 支撑轴10，支撑轴10 -端指向其中一个标准传感器基座，且待标定传感器11同轴安装在支 撑轴10指向标准传感器基座的一端，待标定传感器11朝向标准传感器基座的一面同轴连 接有校准盘7,校准盘7朝向标准传感器基座的盘面上分别沿水平径向设置有X向轴线、沿 竖直径向设置有Y向轴线。
[0015] 如图4、图5所示，一种多维力传感器标定中加力装置精密校准方法，沿滑槽移动 标准传感器基座，并在标准传感器基座中上下滑动转轴，使顶针上的激光校准器前端的激 光发射器出射光发射至校准盘上，并在校准盘上形成光点；根据校准盘上光点相对于X向 轴线、Y向轴线交点的位置，首先通过在滑台上移动标准传感器基座调整光点X向距离，然 后上下滑动转轴调整光点Y向距离，使光点移动至校准盘上X向轴线与Y向轴线交点处，实 现标准传感器与待标定传感器的初步校准； 由于激光发射器的出射光本身相对于光轴具有一定偏差角a，即具有光靶测量误差，因 此光点最终移动的位置相对于X向轴线与Y向轴线交点之间存在实际误差，在校准时应考 虑实际误差值，实际误差值的计算公式如下：
公式（1)中，校准距离为激光发射器与校准盘上X向轴线与Y向轴线交点之间距离，使 用距离一般取1/20校准距离，光靶测量误差确定过程如下： 首先令激光发射器出射光入射至校准盘上X向轴线与Y向轴线交点处，360度转动转 轴，在校准盘上记录光点在校准盘上形成的圆形轨迹，在圆形轨迹上找到水平最左端和水 平最右端点A、B，从而确定圆形轨迹的水平径向线，量取水平径向线与校准盘上X向轴线之 间的Y向高度差h，得到Y向误差值，再在圆形轨迹上找到竖向最高点C和竖向最低点D，从 而确定圆形轨迹的竖直径向线，量取竖直径向线与校准盘上Y向轴线之间的X向间距b，得 到X向误差值，根据X向误差值、Y向误差值最终得到实际误差值； 最后，根据公式（1)计算出实际误差进行误差补偿，从而实现最终校准。
[0016] 初步校准时，也可先调整光点Y向距离，再调整光点X向距离。
【主权项】
1. 多维力传感器标定中加力装置精密校准系统，其特征在于：包括有方形的基座，基 座顶部中心安装有支撑座，基座顶部沿四侧边沿方向分别设置有滑槽，基座顶部边沿的滑 槽中间位置还分别向支撑座垂直设置有滑槽，基座顶部每侧边沿的滑槽上分别滑动安装有 标准传感器基座，标准传感器基座中上下滑动安装有可转动的转轴，所述转轴中心轴线水 平垂直于所在的边沿滑槽，转轴朝向支撑座的轴端同轴连接有顶针，顶针朝向支撑座的端 头依次同轴安装有标准传感器、激光校准器，所述激光校准器后端与标准传感器配合，激光 校准器前端安装有与顶针同轴的激光发射器，所述支撑座上转动安装有待标定传感器座， 待标定传感器座中安装有中心轴线水平的支撑轴，支撑轴一端指向其中一个标准传感器基 座，且待标定传感器同轴安装在支撑轴指向标准传感器基座的一端，待标定传感器朝向标 准传感器基座的一面同轴连接有校准盘，校准盘朝向标准传感器基座的盘面上分别沿水平 径向设置有X向轴线、沿竖直径向设置有Y向轴线。2. -种基于权利要求1所述系统的多维力传感器标定中加力装置精密校准方法，其特 征在于：沿滑槽方向移动标准传感器基座，并在标准传感器基座中上下滑动转轴，使顶针上 的激光校准器前端的激光发射器出射光发射至校准盘上，并在校准盘上形成光点；根据校 准盘上光点相对于X向轴线、Y向轴线交点的位置，首先通过在滑台上移动标准传感器基座 调整光点X向距离，然后上下滑动转轴调整光点Y向距离，使光点移动至校准盘上X向轴线 与Y向轴线交点处，实现标准传感器与待标定传感器的初步校准； 由于激光发射器的出射光本身相对于光轴具有一定偏差角a，即具有光靶测量误差，因 此光点最终移动的位置相对于X向轴线与Y向轴线交点之间存在实际误差，在校准时应考 虑实际误差值，实际误差值的计算公式如下：公式（1)中，校准距离为激光发射器与校准盘上X向轴线与Y向轴线交点之间距离，使 用距离一般取1/20校准距离，光靶测量误差确定过程如下： 首先令激光发射器出射光入射至校准盘上X向轴线与Y向轴线交点处，360度转动转 轴，在校准盘上记录光点在校准盘上形成的圆形轨迹，在圆形轨迹上找到水平最左端和水 平最右端点，从而确定圆形轨迹的水平径向线，量取水平径向线与校准盘上X向轴线之间 的Y向高度差h，得到Y向误差值，再在圆形轨迹上找到竖向最高点和竖向最低点，从而确定 圆形轨迹的竖直径向线，量取竖直径向线与校准盘上Y向轴线之间的X向间距b，得到X向 误差值，根据X向误差值、Y向误差值最终得到实际误差值； 最后，根据公式（1)计算出实际误差进行误差补偿，从而实现最终校准。3. 根据权利要求1所述的多维力传感器标定中加力装置精密校准方法，其特征在于： 初步校准时，也可先调整光点Y向距离，再调整光点X向距离。
【专利摘要】本发明公开了多维力传感器标定中加力装置精密校准系统及方法，系统包括沿基座边沿设置的滑槽，滑槽上分别滑动安装有标准传感器基座，标准传感器基座中上下滑动安装有可转动的转轴，转轴前端同轴连接有顶针，顶针上从后向前依次同轴安装有标准传感器、激光校准器，基座上中心设置有支撑座，支撑座上安装有待标定传感器座，待标定传感器座中安装有支撑轴，待标定传感器同轴安装在支撑轴后端，待标定传感器同轴连接有校准盘，方法考虑光靶测量误差，在校准时进行误差补偿。本发明在校准过程中进行误差补偿，提高了后续标定工作的精度。
【IPC分类】G01L25/00
【公开号】CN105352657
【申请号】CN201510650094
【发明人】宋箭, 宋月, 魏良城, 朱宗国, 吴军, 周琴华, 龙希文
【申请人】安徽埃力智能科技有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月8日